CN101293331A - 一种微机控制的抛光机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抛光机，具体是一种微机控制的抛光机。一种由微机控制的抛光机，它是由计算机、单片机、同轴安装的“步进电机、编码器和谐波减速器”、驱动器、执行机构和工作台组成，其特征在于，所说的抛光机的执行机构由步进电机驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：在计算机上用VC++语言编制抛光控制界面，上位机将控制命令发送给单片机，驱动器接线与编码器相连，根据控制命令使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作，自动完成抛光运动。该微机控制的抛光机，使用方便，成本低、抛光效果好。

Description

一种微机控制的抛光机
技术领域
本发明涉及一种抛光机，具体是一种微机控制的抛光机。
背景技术
微机控制眼镜抛光机，是利用柔性抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对眼镜架表面进行的修饰加工。抛光不能提高镜架工件的尺寸精度或几何形状精度，而是以得到光滑表面或镜面光泽为目的，有时也用以消除光泽(消光)。通常以抛光轮作为抛光工具。
抛光机国内外已有许多专利，而对眼镜架的抛光却因无法有效控制镜架的移动速度，操作时达不到客户要求，市场上难以具有进入品牌的产品。医院使用的镊子、止血钳、手术刀基本上镀镍、镀铬，尤其不合适的是表面粗糙，成本高，不能达到理想效果，本发明针对这些问题而加以改进。
发明内容
本发明的目的是要提供一种微机控制抛光机，具有方便清洗消毒等多功能。此目的可通过以下措施来实现：
一种微机控制抛光机，它是由计算机、单片机、同轴安装的“步进电机、编码器和谐波减速器”、拨码开关、驱动器、执行机构和工作台组成，其特征在于：所说的抛光机的执行机构由步进电机驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：在计算机上用VC++语言编制抛光控制界面，上位机(PC机)将控制命令发送给单片机，使用时驱动器接线与编码器相连，根据控制命令使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作，自动完成抛光运动。
上述所说的执行机构，也可称抛光机机构，是单自由度平面六杆机构，该机构包括CDEF双摇杆支路，其特征在于，在连杆ED延长端B处通过铰链连接一个二级杆组BAO，其中，构件OA是主动件，其杆长为曲柄；该机构为全铰链杆机构；主动件用一个步进电机驱动，在铰链B处安装圆形抛光轮7，抛光轮上安装一个步进电机。C、F、O端分别与机架铰链连接。
单自由度平面六杆机构有5个活动构件，1个机架，有7个转动副，有0个复合铰接，有0个虚约束，机构自由度数目为F＝3n-2PL-PH＝3×5-2×7-0＝1。
抛光轮上安装的步进电机使抛光轮既可沿机架往复运动，又可在步进电机的驱动下转动。抛光轮一般用多层帆布、毛毡或皮革叠制而成，两侧用金属圆板夹紧，其轮缘涂敷由微粉磨料和油脂等均匀混合而成的抛光剂。抛光时，高速旋转的曲柄LOA以圆周速度在20米/秒旋转，通过抛光机机构运动后，见图1。将抛光轮压向镜架，使磨料对镜架表面产生滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面，表面粗糙度一般可达Ra0.63～0.01微米；当采用非油脂性的消光抛光剂时，可对光亮表面消光以改善外观。微处理器控制系统装有单片机板卡，数码管自动显示速度、时间，功率大，噪音小。在放大40倍的显微镜下观察不到任何表面缺陷。
在所说的六杆机构中，更为具体的是ED＝DB，AB＞EF；这样，可增加机构的功能，不改变机构的自由度，取得有利的传动角、增大较大的机械效益等。
本发明中考虑到运动精度要求不高，为简化结构，降低成本，宜采用步进电机开环伺服系统驱动。
本发明的计算机系统，可采用AT89C2051单片机扩展控制系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。在计算机上用VC++语言编制抛光控制界面，系统的工作程序和控制命令通过键盘操作实现。显示器采用数码管显示加工数据和工作状态等信息。
本发明中工作台的传动方式：为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。
考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用谐波减速传动。
本发明的抛光机具有以下优点：
(1)样件固定在专用载样盘上工作时可避免因刚接触研磨盘面产生冲击而损坏样件的情况发生。
(2)样件接触研磨盘研磨抛光时，工作时间可在0～99h范围内任意设置，自动研磨抛光，到时停机。
(3)工作时研磨盘(抛光轮7)转速在0～300r/min，载样盘(工作台G)速度在0～25m/s范围内调整，可以先预置，亦可在工作时随时调整。
(4)执行机构结构采用优质型钢联接而成，强度大，刚性好。
(5)采用AT89C2051单片机扩展控制系统。控制系统由微机部分、键盘及显示器、I/O接口及光电隔离电路、步进功率放大电路等组成。
(6)核心件采用不锈钢精密加工而成。
(7)抛光机的执行机构都由步进电机驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：上位机(PC机)将控制命令发送给单片机，驱动器根据控制命令自行完成有关控制过程。
附图说明
图1是抛光机机构运动简图，
图2是抛光机结构图
其中：1曲柄；2、4连杆；3、5摇杆；6机架；7抛光轮，8工作台，9步进电机；10微机控制系统；11铰链。
图3.是步进电机驱动器系统电路图
其中上位机是计算机，计算机串口COM1/COM2与标准通讯接口RS232相连，单片机AT89C2051与微机通信系统作为控制系统，P1.7、P1.4分别连接步进电机驱动器系统电路，74LS74芯片连接二个编码器(A.B两相联接)，用于正反向计数、判断正反向和测速，实时反馈步进电机的位置，74LS107作为4位单个数码管显示驱动转速。
图4中断方式程序框图
具体实施方式
实施例1
参照图2，由微处理器控制步进电机驱动的抛光机，它是由微机控制系统10(计算机、单片机(AT89C2051))、同轴安装的“步进电机、编码器和谐波减速器”、驱动器、执行机构(抛光机机构)、工作台8组成，抛光机的执行机构都由步进电机9驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：在计算机上用VC++语言编制抛光控制界面，支持Windows2000/XP操作系统。上位机(PC机)将控制命令发送给单片机，使用时驱动器接线与编码器相连，根据控制命令使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作，自动完成有关对眼镜架的抛光运动。
如图1抛光机机构由一种单自由度平面六杆机构组成，该机构由CDEF双摇杆支路通过延伸一连杆ED至DB，在B处增加一个二级杆组BAO而形成。其中，C、F、O通过铰链11连接在机架6上，OA为曲柄1，CD为摇杆3，EF为摇杆5，BA和ED分别为连杆2、4，本机构为全铰链杆机构，主动件是构件OA，有5个活动构件，1个机架6，有7个转动副，有0个复合铰接，有0个虚约束，机构自由度数目为F＝3n-2PL-PH＝3×5-2×7-0＝1。作为实施例：被抛光件放置在镜架工作台8处，抛光轮7的轮缘带有磨料颗粒或其他抛光介质，可在工作台处往复运动实行滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面。为确保性能及工作可靠，构件的尺寸经过ADAMS软件虚拟仿真和模型制作。
抛光机机构自由度数目为F＝3n-2PL-PH＝3×5-2×7-0＝1，在创新组合模型试验台进行搭接，各构件几何尺寸如下：lOA＝25mm，lAB＝140mm，lCD＝45mm，lBD＝lDE＝65mm，lEF＝50mm，机架0处到工作台8处的垂直距离10mm，(见图1)。
在具体方案中，可在主动件杆1处、抛光轮7处分别同轴安装步进电机、编码器和谐波减速器，用二相式细分驱动器控制电机的方向，在工作台8处安装滚珠丝杆和步进电机9，用二相式细分驱动器控制电机，使得工作台8移动，形成两转动一移动三轴联动。
本发明中工作台的传动方式：为保证一定的传动精度和平稳性以及结构的紧凑，采用滚珠丝杠螺母传动副。为提高传动刚度和消除间隙，采用有预加载荷的结构。
考虑电机步距角和丝杠导程只能按标准选取，为达到分辨率的要求，以及考虑步进电机负载匹配，采用谐波减速传动。
由于抛光机的执行机构都由步进电机驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：上位机(PC机)将控制命令发送给单片机，驱动器根据控制命令自行完成有关步进电机控制过程。步进电机驱动器系统电路见图3。
(1)基于单片机AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理：AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4～P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。图2中L1为步进电机的一相绕组。AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在串口通讯方式下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。74LS74芯片连接二个编码器(A.B两相联接)，用于正反向计数、判断正反向和测速，实时反馈步进电机的位置，74LS107作为4位单个数码管显示驱动转速。
(2)拨码开关控制工作方式：通过K1～K5的不同组合，直接控制K1主轴(抛光轮7)打开、K2冷却打开、K3报警、K4抛光机工作、K5计算机打开。当上电或按下复位键KR后，AT89C2051先检测拨码开关KX、KY的状态，根据KX、KY的不同组合，进入工作方式。
(3)由于工作台的运动部件重量和工作载荷不大，可采用中断方式控制所选用滚动直线导轨副，从而减小工作台的摩擦系数，提高运动平稳性。在程序的编制中，要特别注意步进电机在换向时的处理。为使步进电机在换向时能平滑过渡，不至于产生错步，应在每一步中设置标志位。其中20H单元的各位为步进电机正转标志位；21H单元各位为反转标志位。在正转时，不仅给正转标志位赋值，也同时给反转标志位赋值；在反转时也如此。这样，当步进电机换向时，就可以上一次的位置作为起点反向运动，避免了电机换向时产生错步。
软件编程框图见图4。
操作过程中，计算机的COM1/COM2与单片机RS-232连接，在微机上安装抛光机工作软件，点击进入实际操作，根据菜单提示，可进行抛光加工。
被抛光件放置在镜架工作台8处，抛光轮7的轮缘带有磨料颗粒或其他抛光介质，可在工作台处往复运动实行滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面。为确保性能及工作可靠，构件的尺寸经过ADAMS软件虚拟仿真和模型制作。

Claims (4)

1、一种由微机控制的抛光机，它是由计算机、单片机、同轴安装的“步进电机、编码器和谐波减速器”、驱动器、执行机构和工作台组成，其特征在于，所说的抛光机的执行机构由步进电机驱动，即采用脉冲+方向信号的模式，方式为串行通讯方式：在计算机上用VC++语言编制抛光控制界面，上位机将控制命令发送给单片机，驱动器接线与编码器相连，根据控制命令使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作，自动完成抛光运动。
2、根据权利要求1所述的抛光机，其特征在于，所说的执行机构，是单自由度平面六杆机构，该机构包括CDEF双摇杆支路，在连杆ED延长端B处通过铰链连接一个二级杆组BAO，其中，构件OA是主动件，其杆长为曲柄；该机构为全铰链杆机构；主动件用一个步进电机驱动，在铰链B处安装圆形抛光轮，抛光轮上安装一个步进电机。
3、根据权利要求2所述的抛光机，其特征在于，所说的单自由度平面六杆机构有5个活动构件，1个机架，C、F、O端分别与机架铰链连接，有7个转动副，有0个复合铰接，有0个虚约束，机构自由度数目为F＝3n-2PL-PH＝3×5-2×7-0＝1。
4、根据权利要求1所述的所述的抛光机，其特征在于，所述工作台的传动方式，采用滚珠丝杠螺母传动副；采用有预加载荷的结构；采用步进电机和驱动器驱动。
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